Zhrnutie na Zosilňovače, Op-Ampy a Ochrana Obvodov

## Úvod Zosilňovače sú základné prvky elektroniky a automatizácie, ktoré zväčšujú veľkosť elektrických signálov tak, aby boli vhodné pre ďalšie spracovanie, meranie alebo riadenie. V tomto materiáli rozoberieme typy zosilňovačov, ich zapojenia, operačné zosilňovače a praktické použitie vrátane simulácie v NI Multisim a napájacích zdrojov. > Definícia: Zosilňovač je elektronické zariadenie, ktoré zväčšuje amplitúdu vstupného signálu bez zmeny jeho základnej vlnovej formy (ak pracuje v lineárnom režime). ## 1. Klasifikácia zosilňovačov Zosilňovače delíme podľa viacerých kritérií: - Podľa frekvenčného pásma: jednosmerné, nízkofrekvenčné, vysokofrekvenčné - Podľa veličiny: napäťové, prúdové, výkonové - Podľa triedy pracovného bodu: trieda A, B, AB (a ďalšie triedy, ktoré tu nebudeme rozoberať do hĺbky) ### Triedy výkonových zosilňovačov | Trieda | Poloha pracovného bodu | Prúd v trubici alebo tranzistore | Výhoda | Nevýhoda | |---|---:|---:|---|---| | A | Stred lineárnej časti charakteristiky | Preteká počas celej periódy (360°) | Minimálne skreslenie | Nízka účinnosť (~25%), veľké tepelné straty | | B | Na hranici vodivosti | Len počas jednej polperiódy (180°) | Vysoká účinnosť (až 78%) | Prechodové skreslenie pri nule (crossover) | | AB | Mierne v oblasti vodivosti | Menší čas bez prúdu ako B | Odstraňuje crossover, dobrá účinnosť | Zložitejšie nastavenie pracovného bodu | > Definícia: Účinnosť zosilňovača je pomer výkonu odovzdaného záťaži k celkovému spotrebovanému výkonu. Did you know že trieda A poskytuje najlepšiu linearitu pri najväčšej spotrebe energie? ## 2. Základné tranzistorové zapojenia Tranzistory môžeme zapojiť tromi základnými spôsobmi, pričom každé má iné vlastnosti. ### Spoločný emitor (SE) - Vysoké napäťové a prúdové zosilnenie - Fázový posun výstupu voči vstupu: $180^\circ$ - Často používané ako univerzálne napäťové zosilňovače ### Spoločný kolektor (SK, emitorový sledovač) - Napäťové zosilnenie $A_u \approx 1$ - Vysoký vstupný odpor, nízky výstupný odpor - Používa sa v impedančnom prispôsobení (buffer) ### Spoločná báza (SB) - Použitie vo vysokofrekvenčných obvodoch - Malé alebo nulové napäťové zosilnenie, veľmi dobrá frekvenčná odozva > Definícia: Impedančné prispôsobenie znamená, že výstupný odpor predchádzajúceho stupňa je prispôsobený vstupnému odporu nasledujúceho pre maximálny prenos výkonu. Fun fact: Tranzistor v zapojení spoločný kolektor sa často volá emitorový sledovač preto, že výstup sleduje (kopíruje) vstupné napätie s malým úbytkom. ## 3. Operačné zosilňovače (OZ) Operačné zosilňovače sú špeciálne integrované obvody, ktoré pri správnom zapojení umožňujú jednoduché vytvorenie presných zosilňovacích, integračných alebo derivačných prvkov regulačných systémov. > Definícia: Ideálny operačný zosilňovač má nekonečné otvorené zosilnenie, nekonečný vstupný odpor, nulový výstupný odpor a nekonečnú šírku pásma. V praxi používame zápornú spätnú väzbu (ZSV) na nastavenie reálne dosiahnuteľných vlastností. ### Invertujúci zosilňovač - Vstup cez odpor $R_1$ na invertujúci vstup, spätná väzba cez $R_2$ - Zisk: $A_u = -\frac{R_2}{R_1}$ - Signál je otočený o $180^\circ$ ### Neinvertujúci zosilňovač - Vstup priamo na neinvertujúci vstup - Zisk: $A_u = 1 + \frac{R_2}{R_1}$ - Fáza signálu sa nezmení ### Sumačný zosilňovač - Viac vstupov cez samostatné rezistory, výstup je váženým súčtom vstupov ### Diferenciálny zosilňovač - Zosilňuje rozdiel medzi dvoma vstupnými napätiami ### Integračný a derivačný člen - Používajú kondenzátor v ZSV - Integračný: výstup je integrál vstupu v čase - Derivačný: výstup je derivácia vstupu v čase Did you know že jednoduchou zmenou rezistorov v spätnom väzobnom reťazci OZ môžeme presne nastaviť zisk a frekvenčnú odozvu obvodu? ## 4. Simulácia v NI Multisim Simulácia pred fyzickou stavbou obvodu znižuje riziko chýb a šetrí čas. Kroky pri simulácii zosilňovača: 1. Vložiť súčiastky zo súčiastkových knižníc (tranzistory, OZ, rezistory, kondenzátory) 2. Prepojiť uzly